Synthese und elektrochemische Untersuchung pi-konjugierter Redoxpolymere vom p- und n-Typ als Kathoden- und Anodenmaterialien in organischen Batterien

Stipendiatin/Stipendiat: Pascal Acker

Im Rahmen dieses Promotionsvorhabens sollen pi-konjugierte Redoxpolymere als Elektrodenmaterialien für Batterien synthetisiert, charakterisiert und untersucht werden. Die Entwicklung solcher Materialien ist von großem Interesse, da in den meistgenutzten Batterien Schwermetallverbindungen verwendet werden, welche meist nicht nur schwer und teuer, sondern auch giftig, umweltschädlich und nur schwierig zu recyceln sind. So wird z. B. in Lithium-Ionen-Akkumulatoren als positive Elektrode oft Lithiumcobaltoxid verwendet. Cobalt ist ein sogenanntes „Blutmetall“, welches abgesehen von der nicht unbeträchtlichen Toxizität zu großen Teilen in der Demokratischen Republik Kongo unter teilweise äußerst unmenschlichen Bedingungen gefördert wird. Der Begriff „Blutmetall“ bezieht sich allerdings nicht nur auf den Abbau des Metalls, sondern auch darauf, was mit den Einnahmen aus dem Verkauf anschließend passiert, sehr oft werden damit Bürgerkriege, Waffen und ausbeuterische Arbeitsbedingungen finanziert. Auch die Benutzung von Lithium ist nicht ganz unproblematisch, denn aufgrund seiner Brennbarkeit stellt jeder Lithium-Ionen-Akkumulator ein potentielles Brandrisiko dar, was sich z. B. auch darin wiederspiegelt, dass in Flugzeugen solche Akkumulatoren nur im Handgepäck mitgeführt werden dürfen.Die Verwendung von organischen Materialien stellt hier eine attraktive Alternative dar. Organische Synthese kann mittlerweile basierend auf nachwachsenden Rohstoffen betrieben werden, was zum einen günstiger ist und zum anderen die Umwelt deutlich entlastet. Auch Recycling kann einfacher betrieben werden. Des Weiteren bietet sich vor allem der Einsatz von Polymeren an, da diese eine sehr geringe bzw. gar keine Toxizität aufweisen und nicht brennbar sind. Abgesehen davon bieten organische Materialien auch technologische Vorteile. Durch die Verwendung von polymeren Substanzen kann das Gewicht einer Batterie verringert und diese kleiner, dünner und unter Umständen sogar mechanisch flexibel, also biegbar, gestaltet werden. Anhand der Vielfalt organischer Substanzen stehen der Entwicklung solcher Materialein schier unendliche Möglichkeiten zur Verfügung, und Stoffe können für spezielle Anwendungen explizit maßgeschneidert werden.

Förderzeitraum:
01.01.2018 - 31.12.2020

Institut:
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institut für Organische Chemie

Betreuer:
Prof. Dr. Birgit Esser

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Publikationen: